Curiosità - Festival della Tecnologia

Un livello Berthilemy, cioè il livello a cannocchiale utilizzato per la realizzazione della galleria ferroviaria del Frejus, è stato esposto al Politecnico di Torino per il “Festival della Tecnologia 2019”. 

Foto scattata da me al Politecnico

Step #27 - La mappa concettuale

Con questa mappa concettuale si vogliono riassumere i concetti principali relativi all’utilizzo e alla funzione del Clisigoniometro 

Step #26 - La chimica e gli strumenti scientifici

Tendenzialmente i clisigoniometri sono in ottone: lega ossidabile formata da rame (Cu) e zinco (Zn). Per ottenerla occorre portare alla fusione i singoli componenti, che si disperdono l’uno nell’altro, per poi lasciare raffreddare il miscuglio omogeneo fino al consolidamento. Bisogna distinguere tra ottoni binari, costituiti da rame e zinco, ottoni ternari in cui è presente un terzo elemento chimico caratterizzante la lega e ottoni quaternari in cui sono presenti altri elementi chimici.

Livello a cannocchiale-Filotecnica Salmoiraghi

L'ottone ha proprietà differenti a seconda della percentuale di zinco presente. Si distinguono ottoni di fase α quando il contenuto di Zn è inferiore al 36% circa; la struttura cristallina della lega ricalca quella del rame, cioè cubica a facce centrate. Questi ottoni hanno eccellente lavorabilità a freddo e buona a caldo.

Gli ottoni di fase β hanno una percentuale di zinco oscillante tra il 36 e il 45%; sono facilmente lavorabili a caldo. Le leghe con percentuali di Zn superiori al 45% non hanno interesse pratico.

Alla lega possono essere aggiunti altri elementi per ottenere determinate proprietà:

    ·        il manganese e lo stagno aumentano la resistenza alla corrosione;

    ·        il ferro aumenta il carico di rottura;

    ·        l’alluminio aumenta la resistenza alla corrosione e all’abrasione;

    ·        l’antimonio e l’arsenico inibiscono la dezincificazione.

L’ottone CuZn36Pb3 viene preso come materiale di riferimento per la lavorazione all’utensile, con un indice pari a 100: si tratta di una lega ad altissima lavorabilità.

Fonti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Ottone_(lega)

https://copperalliance.it/rame/rame-e-leghe-di-rame/leghe/ottone/

Step #25 - Cose Personali

Passato: I miei stivali da equitazione rappresentano un periodo passato molto importante per me, in quanto ho praticato questo sport dall’età di 4 anni e ho dovuto interrompere questa mia passione quando mi sono trasferita per iscrivermi al Politecnico.

Presente: Questa polaroid rappresenta il mio presente da studentessa di Ingegneria del Cinema, in quanto ritrae me ed i miei colleghi durante le riprese del cortometraggio richiesto dal corso di “Cinema e Video”.

Feticcio: Quest’altra polaroid, invece, è una sorta di porta fortuna che porto sempre con me. Ritrae me con i miei compagni del liceo, un’amicizia che mi accompagna da anni e che voglio rimanga una costante anche nel mio futuro.  

Step #24 - Le parole nella storia

 

LO STRUMENTO

Dal grafico si evince che lo strumento, denominato nella maniera più generica, ossia livello a cannocchiale, è stato citato svariate volte nei testi, con alti e bassi, raggiungendo un evidente picco intorno al 1900. Ciò dimostra il maggiore sviluppo e utilizzo dello strumento in quegli anni, che poi va pian piano scemando con l’arrivo del XXI secolo, segno che oggetti più moderni hanno preso il suo posto.  

L’OGGETTO DI STUDIO

Confrontando questo nuovo grafico con il precedente si può notare come questi vadano quasi di pari passo. Dimostrando che lo strumento è nato proprio quando si è iniziata ad avere la necessità di studiare i rilievi topografici.

LA SCIENZA

Dal grafico è evidente come lo strumento abbia sviluppato un andamento parecchio diverso da quello della topografia, quindi non ha seguito lo sviluppo e la diffusione della scienza che ne dovrebbe fare uso. Le uniche somiglianze che si possono trovare sono i picchi negli anni del ‘900 e l’uso sempre più ridotto di entrambe le parole con l’avvento del XXI secolo.

Step #23 - La Normativa

Non è stato possibile risalire a normative risalenti al diciannovesimo secolo, periodo in cui è stato inventato il clisigoniometro. Nonostante ciò, è possibile prenderne in considerazione altre, di più recente formulazione, che ben si adattano a questo strumento.

STANDARD ISO 9849

Vengono descritti strumenti topografici di rilevamento, il clisigoniometro appartiene alla famiglia dei livelli, presentati al punto 3.1.10.

STANDARD ISO 17123

Optics and optical instruments-Field procedures for testing geodetic and surveying instruments.

Questa normativa permette al topografo di verificare autonomamente la precisione della taratura dello strumento topografico. Con un protocollo preciso verranno confrontati i dati ottenuti dal professionista con le tolleranze dichiarate dalle case produttrici.

Step #22 - Un manuale d'uso

La livellazione geometrica utilizza come strumento di misura il livello a cannocchiale, strutturalmente formato da tre parti: il cannocchiale, il quale è appoggiato isostaticamente su una traversa, quest'ultima può ruotare sul basamento.

Volendo effettuare una livellazione geometrica dal mezzo, il clisigoniometro sarà posto tra i due punti dei quali si vuole conoscere il dislivello, in questo caso A e B.

Il dislivello tra A e B vale: ∆_AB = Q_B - Q_A = l_A - l_B

La distanza fra ogni battuta di livellazione dipende dalla precisione che si vuole ottenere, per livellazioni tecniche non supera i 200 m, mentre per livellazioni di precisione o di alta precisione non supera mai i 40 m. Il punto A viene denominato spesso «punto indietro» ed il punto B «punto avanti».

Effettuando, invece, una livellazione geometrica da un estremo, lo strumento sarà posto su uno dei due estremi dai quali si vuole calcolare il dislivello.

Come si può vedere in figura, il dislivello sarà dato da:

∆_AB = Q_B - Q_A = h_A - l_B

Tutte queste misurazioni vengono effettuate senza tener conto di errori curvatura e rifrazione.

Step #21 - Nei fumetti

Snoopy as the world famousland surveyor

Fumetto di Charles M. Schulz, United Feature Syndicate Inc., del 1979

"We've been out surveying too long."

Illustrazione dei fumettisti Toro e Tom, 2016

"I'm studying the lay of the land..."

Vignetta dei fumettisti Reynolds e Dan, 2008

Nei tre fumetti viene rappresentata la figura del topografo in maniera caricaturale. Ma in tutti i casi è presente uno strumento topografico appartenente alla categoria dei livelli a cannocchiale.

Step #20 - Il Marchio

Il marchio che veniva applicato sugli strumenti ottici prodotti dalla Filotecnica Salmoiraghi di Milano, casa produttrice anche di clisigoniometri. 

Set di compassi, prodotti sempre dalla Filotecnica, databile tra il 1922 e il 1925. Contiene la pezzuola scamosciata su cui è leggibile il nome dell’azienda ed è impresso uno strumento a cannocchiale. 

Step #19 - L'abbecedario

A come Angolo: facendo parte della famiglia dei goniometri, lo strumento serve a misurare gli angoli
B come Bussola: presente sullo strumento
C come Cannocchiale: parte dello strumento
D come Diciannovesimo: secolo in cui è stato inventato lo strumento
E come Egault: nome di un tipo di clisigoniometro
F come "Filotecnica" Salmoiraghi: una delle case produttrici di clisigoniometri
G come Gaetano Spano: inventore del clisigoniometro
H come Hugh Grant: attore protagonista di un film in cui è presente lo strumento
I come Inclinazione: bisognava inclinare lo strumento per effettuare le misurazioni
M come Misura: il clisigoniometro è uno strumento di misura
N come Nonio: regolo graduato, applicato a strumenti di misura di precisione, che consente la lettura di frazioni anche minime d'intervallo di una scala graduata, in questo caso quella del clisigoniometro

L come Livello a cannocchiale: altro nome con cui era identificato lo strumento
O come Opificio Meccanico Spano: casa costruttrice originale 
P come Pendenza: misurata grazie allo strumento
Q come Quattro: le parti principali che compongono lo strumento
R come Rifrattore: tipo di cannocchiale che compone lo strumento
S come Scala Graduata: presente sullo strumento per permettere un risultato comprensibile
T come Topografia: campo di applicazione del clisigoniometro
U come Unità di misura: ogni strumento ha bisogno della propria unità di misura 
V come Verticale: lo strumento permette di misurare sia angoli verticali che orizzontali
Z come Zinco: l'ottone di cui è fatto lo strumento, è una lega di zinco e rame

Step #18 - Il Francobollo

Francobollorusso del 1961 rappresentante un topografo con un livello a cannocchiale di tipo Egault, facente parte della famiglia dei clisigoniometri.

Step #17 - I brevetti

Non è stato possibile trovare il brevetto dello strumento vero e proprio, però c'è uno strumento di più recente invenzione molto simile al livello a cannocchiale, che si può considerare una sua evoluzione, di cui è stato possibile trovare il brevetto: il tacheometro.

CH285185A: Strumento topografico con cannocchiale distanziometrico

Brevetto presentato il 14/02/1950 dall’officina Meccanica Saibene per poi essere pubblicato il 31/08/1952. Nel brevetto è descritto un tacheometro autoriduttore munito di scala tangenziale tracciata sul cerchio verticale, fisso rispetto alla alidada, e di mezzi ottici solidali con il cannocchiale. L'invenzione mira a consentire una maggiore adattabilità alle esigenze tecniche costruttive nell’applicazione delle scale tangenziali agli strumenti topografici, pur conservando i vantaggi intrinsechi ad esse inerenti.

Step #16 - Anatomie

Immagine di un clisigoniometro (tavola XIX) del libro di Giovanni Curioni, Operazionitopografiche, Torino, Augusto Federico Negro Editore, 1871

Composizione finale di un livello a cannocchiale con descrizione di ciascuna parte tratta da "Un gabinetto di topografia tra Ottocento e Novecento", Emilio Borchi e Renzo Macii

Particolare del cannocchiale anallattico per strumenti topografici

Step #15 - I Numeri

Qui possiamo trovare i numeri che caratterizzano questo strumento e la sua storia:

Data di nascita e di morte dell'inventore(Gaetano Spano): 1835-1905

Datazione del Clisigoniometro conservato al Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia "Leonardo da Vinci" di Milano: post 1850-ante 1899

Dimensioni: 16cm x 28cm x 32cm

Peso: 4,7kg

Fonti:

http://www.lombardiabeniculturali.it/scienza-tecnologia/schede/ST060-00057/

Step #14 - La Tassonomia

Il clisigoniometro fa parte della famiglia degli strumenti topografici, in particolare a quella dei goniometri, per l'appunto. Con questo termine si indicano tutti gli strumenti per la misurazione di angoli.

In topografia, si dividono in:

• Azimutali
• Zenitali
• Azimutali e Zenitali

Il clisigoniometro fa parte dell'ultima famiglia perchè consente di raggiungere ottimi risultati sia nelle livellazioni geometriche sia in quelle clisimetriche.

Fonti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Strumenti_topografici

Step #13 - La Pubblicità

Pubblicità de "La Filotecnica" dell'ingegner Salmoiraghi di Milano, risalente al 1928

Step #12 - Nel cinema

Un livello a cannocchiale di tipo Egault fa la sua apparizione sul grande schermo nella pellicola "L'inglese che salì la collina e scese da una montagna". Film del 1995 diretto da Christopher Monger con la presenza del grande Hugh Grant. Si tratta di una commedia all'inglese, in cui gli abitanti di un piccolo paese pretendono di far riconoscere come montagna una modesta collina, quindi mentre sequestrano i cartografi cercano di far crescere a tutti i costi in altezza la loro "cima".  

Ecco una scena del film in cui compare lo strumento

Fonti:

https://it.wikipedia.org/wiki/L%27inglese_che_sal%C3%AC_la_collina_e_scese_da_una_montagna

https://www.youtube.com/watch?v=9snmZfTaOYc

Step #11 - I Costruttori

Chi l'ha costruito?

Se l'invenzione è attribuita a Gaetano Spano, la costruzione del clisigoniometro è sicuramente da attribuire all'Opificio Meccanico Spano, fondato dal padre Giuseppe. Le realizzazioni dell’Opificio, tra le quali le più famose restano le Tavolette pretoriane e i Clisigoniometri, furono presentate in numerose Esposizioni, conseguendo due medaglie d’oro, sette medaglie d’argento e quattro medaglie di merito. La fama di Spano giunse anche a Garibaldi, che chiese di fornirgli un mezzo utile per regolare con buon successo il tiro dei cannoni in modo semplice ed immediato. La decadenza dell’Opificio Meccanico Spano ebbe inizio nel 1905 con la morte di Gaetano Spano; la definitiva scomparsa fu conseguenza del radicale cambiamento dei sistemi produttivi e delle nuove esigenze del mercato che caratterizzarono l’avvento dell’epoca industriale.

Fonti:

https://www.argosoftware.it/siticlienti/buonarroticaserta/museomichelangelo/costruttori.htm#Spano

Step #10 - I Libri

3 libri che riprendono la storia del clisigoniometro dal 1867:

Eusebio cav. e Carraro Fiorioli della Lena, "L'Italia alla esposizione universale di Parigi nel 1867, rassegna critica", 1869 

G.De Angelis, "Il progetto e la costruzione delle strade ordinarie, trattato teorico-pratico",University of Michigan, 1950

Pier Francesco Balboni e Silvia Balboni, "Dizionario tecnico dell'edilizia e dell'architettura", Hoepli editore, 2005

Step #09 - Gli Inventori

Chi l'ha inventato?

L’invenzione del clisigoniometro è da attribuire a Gaetano Spano, ingegnere, nato a Napoli nel 1835 e morto lì nel 1905, figlio del grande Giuseppe Spano, subentrato alla direzione dell’Opificio di famiglia nel 1868. Gaetano Spano perfezionò il suo clisigoniometro sostituendolo nel 1866 con il neo-clisigoniometro, strumento che ebbe fin dal suo apparire un larghissimo successo poiché consentiva ottimi risultati sia nelle livellazioni geometriche che in quelle clisimetriche su terreni di forte pendenza.

Fonti:

https://www.argosoftware.it/siticlienti/buonarroticaserta/museomichelangelo/costruttori.htm

Step #08 - Il Materiale

Il clisigoniometro conservato al Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia "Leonardo da Vinci" a Milano è costituito da metallo, vetro, ma principalmente ottone. Si tratta di una lega ossidabile formata da zinco e rame. L'ottone è un materiale duttile, malleabile e ha una buona resistenza alla corrosione.

L’ottone era noto in Palestina fra il XIV e il X sec. a.C. Allora non si conosceva lo zinco metallico, per cui veniva realizzato quale lega “occasionale” riscaldando il rame in granuli alla presenza di minerali di zinco. Nel Medioevo era usato per fabbricare di strumenti musicali tipo trombe, chiarine e simili, detti “Oricalchi” o anche ottoni, grazie alle ottime proprietà acustiche di questo materiale. Ad oggi, nel nostro Paese è il metallo più usato, dopo il ferro.

Fonti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Ottone_(lega)

Step #06 - Il Simbolo

Immagine tratta dall'inserto "Alle radici della professione" 

della rivista Geopunto Gennaio/Febbraio 2005

Step #05 - Il Principio Fisico

Il clisigoniometro, o livello di pendenza, permette sia una lettura delle distanze funzionando da telemetro mediante il cannocchiale provvisto di reticolo, che una lettura della pendenza grazie ad una scala goniometrica da 50 a 0 a 50 gradi. 

Per determinare i dislivelli si può procedere con delle misure dirette, operando per semplici differenze di letture alla stadia → livellazione geometrica 

ΔAB = AA’ – BB’

oppure, è possibile procedere alla determinazione del dislivello tramite misure indirette di angoli e distanze → livellazione trigonometrica 

ΔAB = d·cotZ + ΔI – ΔM = d·tanα + ΔI – ΔM

Fonti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Pendenza_topografica

http://www2.ing.unipi.it/~a009220/lezioni/LI_ING_EDILE/AA1011/MATERIALE_DIDATTICO/APPUNTI/Misure%20topografiche.pdf

Step #04 - La Scienza

La macro scienza nella quale il clisigoniometro trova il suo impiego è la topografia.

La topografia è la scienza che studia gli strumenti e i metodi operativi di calcolo e di disegno, necessari per ottenere una rappresentazione grafica di una qualsiasi parte della superficie terrestre. Il termine topografia deriva dal greco topos, luogo, e da graphia, scrivere. La topografia ha origini antichissime e nasce come evoluzione della Geodesia, una scienza che aveva come scopo l’approssimazione della superficie terrestre.

 Cenni storici

I primi ad utilizzare la topografia furono gli antichi egizi. Le tecniche topografiche vennero poi perfezionate ed utilizzate anche dai Greci, Romani, Arabi fino ad arrivare al Medioevo. L’inizio dei lavori topografici di grande importanza risale invece al XVII secolo con la creazione della prima carta topografica, la Carta di Francia. Da lì in poi la Cartografia Topografica si estenderà in tutta l’Europa.

Bibliografia:

T. Vardanega, Lezioni di topografia, vol. II, Torino, 1963

Markoski Blagoja, Basic Principles of Topography, 2018

Step #03 - Un Glossario

Lo strumento può essere così scomposto:

• Cannocchiale rifrattore: è un telescopio ottico che, mediante l'utilizzo di lenti, sfrutta il fenomeno della rifrazione.
• Bussola: è uno strumento per l'individuazione dei punti cardinali sulla superficie terrestre e in atmosfera, a fini di orientamento e navigazione.
• Scalagraduata: parte di uno strumento di misura su cui l'operatore fisicamente effettua la lettura del valore di misura.
• Livellalineare: strumento di misura utilizzato per determinare la pendenza di una superficie rispetto a un piano orizzontale di riferimento.
• Vitemicrometrica: è una vite il cui filetto è eseguito con particolare accuratezza e regolarità.

Step #02 - L'immagine

Clisigoniometro conservato al Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia 

"Leonardo da Vinci" a Milano

Step #01 - Il Nome

Il clisigoniometro è uno strumento composto da un piccolo cannocchiale rifrattore collocato in posizione quasi orizzontale su un basamento di supporto, al centro del quale vi è posizionata una bussola. Al di sotto di essa troviamo una scala graduata per la lettura della misura, incisa su una corona circolare.

Veniva utilizzato in topografia per determinare piccoli dislivelli del terreno. Oltre che nei rilievi planimetrici, lo strumento consentiva di raggiungere ottimi risultati sia nelle livellazioni geometriche sia in quelle clisimetriche.

In altre lingue:

Essendo un nome di origine prettamente italiana è quasi intraducibile e pertanto non è stato possibile trovare traduzioni valide. Però uno strumento molto simile, il cui nome si è maggiormente diffuso è il tacheometro.

• Inglese: Tacheometer
• Francese: Tachéomètre
• Russo: Тахеометр

Etimologia e Cenni Storici

Il nome viene dal greco κλίσις che vuol dire "inclinazione". Ebbe larga diffusione in tutta Italia, fin dal 1866, anno della sua messa in commercio. Verso il 1890 lo strumento veniva messo in vendita al prezzo di 425 lire.

Fonti:

http://www.lombardiabeniculturali.it/scienza-tecnologia/schede/ST060-00057/

https://www.treccani.it/vocabolario/clisigoniometro